JP6076166B2

JP6076166B2 - 燃焼・爆発試験装置

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Publication number: JP6076166B2
Application number: JP2013063364A
Authority: JP
Inventors: 全水野; 阿部　智信; 智信阿部
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014190704A

Description

本発明は、可燃性もしくは支燃性の低温液化ガスの燃焼・爆発試験装置に関する。

可燃性もしくは支燃性の低温液化ガスは、これらを安全に取り扱うために、爆発範囲、表面の触媒効果、最小着火エネルギー、爆発の威力の測定など、燃焼や爆発を起こす条件を測定する必要がある。
燃焼・爆発を伴う試験には、解放系で実施する方法と密閉系で実施する方法がある。

解放系とは、燃焼・爆発させる試料を大気に解放して着火させるか、試料を内容器に密閉して着火するが、着火後の爆発によって内容器の少なくとも一部を破損させることで内容器内の圧力を大気に解放するものである。
このような解放系の試験装置の例としては、例えば特許文献１の「爆発限界領域測定装置」や特許文献２の「可燃性ガス・蒸気の爆発試験装置」のような簡易的な設備の例がある。

一方、密閉系とは、爆発させる混合ガス等の試料を入れた内容器を耐圧性がある外容器に入れ、爆発の圧力を大気に解放しないものである。このような密閉系の例として、例えば特許文献３に開示された「耐圧容器、及びそれを備える爆破処理施設」がある。この特許文献３には、燃焼排ガスと衝撃波を容器内で受け止めたうえで、排ガスを排出する機構を設ける構造であり、予想される爆発の威力に耐えられる耐圧容器とガスや衝撃波を排出する機構から構成される装置が開示されている。

特許文献１，２，３はいずれも常温の可燃性ガスの爆発限界を測定する設備に関するものであり、低温液化ガスに関するものではない。低温液化ガスの爆発実験に関する先行技術としては、液体酸素と液体メタンの混合液を入れたステンレス容器の上方に着火源を設置し、着火爆発させて燃焼形態を検討した例が非特許文献１に開示されている。

特開平8-145921 特開2010-8135 特開2006-292259 金東俊他、火薬学会2008年度年会講演要旨集pp.29-30(2008)

可燃性の低温液化ガスが含まれる系は、可燃性物質及び支燃性物質の密度が高く、常温のガス燃焼・爆発に比べて非常に大きなエネルギーが放出される。従ってこのような系に対する燃焼・爆発試験はできる限り小規模で実施することが望ましい。
また、低温液化ガスの燃焼・爆発実験は、密閉系での実施が好ましい。なぜなら、小規模で再現精度よく低温液化ガスまたは低温液化ガスが共存する燃焼・爆発を伴う試験を実施するためには、外気からの侵入熱や空気成分の溶解、液化などを防ぐ必要があり、解放系での試験は困難だからである。
さらに、常温または常圧付近での低温液化ガスの着火試験は、低温液化ガスの多くは常温、常圧で気体であるため、周囲の侵入熱により試料とする低温液化ガスが蒸発し、気相、液相とも組成が連続的に変化し、またその変化を数値的に捉えることが難しい。
したがって、低温液化ガスが液体になる極低温での実験が必要となる。
ここで、低温液化ガスまたは低温液化ガスが共存する系として、液体酸素＋液体メタン、液体酸素＋液体プロパンなど支燃性液化ガスと可燃性液化ガスとの混合系と、液体酸素＋固体金属粉、固体樹脂、活性表面をもつ固体混合物を含むこととし、これらを総称して「低温液化ガスまたは低温液化ガスが共存する系」と呼ぶこととする。

以上のように、可燃性の低温液化ガスが含まれる系の燃焼・爆発試験は、小規模で、密閉系で、極低温で行うのが好ましい。

この点、低温液化ガスの爆発実験に関し、非特許文献１に記載の方法は、大規模で、開放系で、常温で行うというものである。
そのため、非特許文献１の方法では、外気の侵入熱により被検体である低温液化ガスが非常に早い速度で蒸発してしまい、気相液相別の組成を推定できないばかりでなく、多くの試料を必要とするため、試験時の防護壁など安全面の環境整備や安全対策に非常に多くのコストが必要であった。
また、非特許文献１のような方法の場合、蒸発拡散、侵入熱の影響を少なくするためには大量の試料を使用する必要があり、大きなエネルギーの放出することから、試験時の安全確保に莫大なコストを必要とする。

上記のように燃焼・爆発に関する試験設備については各種の先行技術が存在するものの、可燃性の低温液化ガスが含まれる系において、燃焼・爆発を伴う試験をより安全に精度よく繰り返し実施できる装置は提案されておらず、かかる装置の開発が望まれていた。

（１）本発明に係る燃焼・爆発試験装置は、低温液化ガスの燃焼・爆発試験を実施するための装置であって、
外部から冷却されると共に内部が真空引きされる耐圧容器と、
該耐圧容器の内部に配置され、被検体である低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器と、
該低温液化ガス容器を前記耐圧容器内に保持する容器保持機構と、
前記耐圧容器の上部に設けられて前記低温液化ガスを燃焼・爆発させた際に発生する燃焼ガスを系外に排出するための圧力解放機構とを有し、
前記圧力解放機構は、前記耐圧容器上部に設けられた開口を閉止すると共に上方に移動可能に設けられた弁体と、該弁体が前記低温液化ガスの燃焼・爆発によって上動したときに変形して弁体の移動エネルギーを吸収する緩衝材とを備えてなることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記耐圧容器の内部に銅もしくは銅合金からなるライナーを、前記耐圧容器上部及び内壁面に接触しないように設けたことを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記緩衝材は、複数の部材からなり、該部材は前記弁体の外周部に対応する位置に配置されたものの高さが高く、内方に配置されたものの高さが低くなっていることを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記緩衝材は、アルミニウム、鉛、銅またはこれらの合金からなることを特徴とするものである。

本発明においては、外部から冷却されると共に内部が真空引きされる耐圧容器と、該耐圧容器の内部に配置され、被検体である低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器と、該低温液化ガス容器を前記耐圧容器内に保持する容器保持機構と、前記耐圧容器の上部に設けられて前記低温液化ガスを燃焼・爆発させた際に発生する燃焼ガスを系外に排出するための圧力解放機構とを有し、前記圧力解放機構は、前記耐圧容器上部に設けられた開口を閉止すると共に上方に移動可能に設けられた弁体と、該弁体が上動したときに該弁体に衝突して変形する緩衝材とを備えたことにより、低温液化ガス容器内の低温液化ガスを燃焼・爆発させた際に弁体が上動して緩衝材に変形を与えることによって燃焼・爆発によるエネルギーが吸収され、爆発によって発生する圧力及び衝撃による装置の破損を防止するとともに、耐圧容器及び付帯設備への延焼を防止することが可能となる。これによって、小規模で密閉系での低温液化ガス及び低温液化ガス共存下における着火・燃焼・爆発試験を可能とし、繰り返しの試験を可能としている。

本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の全体構造を説明する説明図であって、一部断面を含む分解斜視図である。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の耐圧容器を説明する説明図である。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の耐圧容器の内部構造を説明する説明図であって、縦断面を図示したものである本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の耐圧容器内に配置される低温液化ガス容器について説明する説明図である。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の低温液化ガス容器の保持機構について説明する説明図である。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の低温液化ガス容器の配置状態について説明する説明図である。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の圧力解放機構について説明する説明図である（その１）。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の圧力解放機構について説明する説明図である（その２）。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の圧力解放機構の他の態様について説明する説明図である。本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１の圧力解放機構の動作について説明する説明図である。

本発明の一実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１は、図１に示すように、外容器３と、外容器３内に設置されて、外部から冷却されると共に内部が真空引きされる耐圧容器５と、耐圧容器５の内部に配置され、被検体である低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器７（図４参照）と、低温液化ガス容器７を耐圧容器５内に保持する容器保持機構９（図５参照）と、耐圧容器５の上部に設けられて低温液化ガスを燃焼・爆発させた際に発生する燃焼ガスを系外に排出するための圧力解放機構１１と、容器保持機構９を介して低温液化ガス容器７を冷却するための液化冷却部１３と、耐圧容器５を冷却するための耐圧容器冷却部１５と、液化冷却部１３と耐圧容器冷却部１５を冷却する冷凍機１６と、低温液化ガス容器７にガスを供給するガス容器１７とを有している。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜外容器＞
外容器３は、円形の底板部３ａと、円筒状の側壁部３ｂと、耐圧容器５が設置される開口部３ｄが設けられた天板部３ｃを有している。外容器３内は、真空断熱されている。

＜耐圧容器＞
耐圧容器５は、図１〜図３に示すように、有底の筒体からなる耐圧容器本体３１と、耐圧容器本体３１の開口を覆う蓋体３３（図１参照）と、耐圧容器本体３１の内壁面を覆うライナー３５（図３参照）と、耐圧容器本体３１の内底に設けられる固体熱伝導部３７（図３参照）とを有している。
耐圧容器５の各構成について詳細に説明する。

≪耐圧容器本体≫
耐圧容器本体３１は有底の筒体からなり、上端部にフランジ部３１ａを有している。耐圧容器本体３１は、ステンレスなど、強度が高く加工が容易であり、熱伝導がしにくい材質からなる。
なお、耐圧容器本体３１は図示しない真空ポンプによって真空引きされて真空になるように構成されている。具体的には、真空ポンプとして例えば油回転ポンプ等を使用し、蓋体３３を貫通する配管を介して耐圧容器本体31内部が1×10^-1Pa程度になるよう排気する。

被検体が燃焼・爆発した場合は、低温液化ガス容器７は内部に数GPaの爆圧を受け破損するが、耐圧容器本体３１にかかる圧力及び衝撃は、低温液化ガス容器７との間に空間を設けることで数MPa程度に減少する。よって、耐圧容器本体３１の耐圧強度は、その程度で十分である。
耐圧容器は試料が燃焼・爆発したときに予想される爆発圧力の推算から必要耐圧を決定する。
液体や固体が爆発した場合の、発生ガスと衝撃波を含めた推算方法はすでに多く報告されている。これらは一般の液化酸素及び可燃性液化ガス混合物にも適用可能であり、推算が可能である。この推算値から、密閉系で液化支燃性ガスと液化可燃性ガス混合物が着火・爆発したときに破損の可能性がない容器の耐圧を計算することができる。参考文献として、A.G.STRENG他、Journal of Chemical and Engineering Data,Vol.4,No.2,p.127-April(1959)などがある。

爆轟が発生すると圧力解放機構１１の動作（詳細は後述する）が間に合わない場合も考えられるので、耐圧容器本体３１の耐圧は、爆轟時の衝撃波も含めた耐圧とすることで相互に安全をより確実に担保することができる。

≪蓋体≫
蓋体３３は、図１に示すように、板状からなり耐圧容器本体３１の開口を覆うようにして設置されている。
蓋体３３には厚さ方向に貫通して耐圧容器本体３１の内部に連通する開口部３３ａが設けられており、この開口部３３ａが本発明の耐圧容器５上部に設けられた開口に相当する。開口部３３ａには弁体１９が挿入されて、開口部３３ａを閉止できるようになっている。
開口部３３ａの周囲には、開口部３３ａの縁に沿って溝部３３ｂ（図８参照）が設けられており、この溝部３３ｂに弁体１９と蓋体３３間の密閉性を高めるためのＯ−リングシール等が設置可能になっている。

≪ライナー≫
ライナー３５は、熱伝導性に優れ酸素ガスの曝轟にも燃焼性の低い材料、例えば銅もしくは真鍮などの銅合金等で形成されている。この理由について以下に説明する。
低温液化ガス及び低温液化ガスが共存する系の試験では、試験条件によっては、可燃物より支燃性液化ガスが大量に存在する系の試験の実施も行われる。そのとき、可燃性液化ガスと反応しない支燃性ガスは、周囲の材料等との燃焼反応を起こす場合がある。特にステンレスや鉄などは、低温下でも酸素ガス雰囲気で爆発的な燃焼反応をおこすため、燃焼ガスと直接接触する耐圧容器５がこれら材料であった場合、耐圧容器５への延焼の可能性がある。この対策として、耐圧容器５内部に銅または銅合金(真鍮)のライナー３５を設置する。銅または真鍮は、非常に熱伝導がよく、爆発による熱を局部的に蓄積させることがないため、銅、真鍮への延焼がなく、耐圧容器５への延焼可能性もない。

ライナー３５は、パンチングメタルでもよく、耐圧容器本体３１内壁及び蓋体３３に直接触れず、かつコールドベース３７ａ（図３参照）またはベース板６１（図５参照）に直接接触していることが望ましい。ライナー３５が耐圧容器本体３１内壁や蓋体３３に接触していると、これら耐圧容器本体３１内壁面や蓋体３３からコールドベース３７ａやベース板６１への伝熱ルートをつくり冷却効果を低下させる。また、コールドベース３７ａまたはベース板６１と接触することで、ライナー３５がコールドベース３７ａまたはベース板６１とほぼ同じ温度にできるので、低温液化ガス容器７及び容器保持機構９への輻射熱を低減させる効果が期待できる。

≪固体熱伝導部≫
固体熱伝導部３７は、低温液化ガス容器７と液化冷却部１３の間に設けられ（図６参照）、冷凍機１６によって冷却される液化冷却部１３の冷熱を低温液化ガス容器７に伝導するためのものである。
固体熱伝導部３７は、図３に示す通り、耐圧容器本体３１の底部を覆うコールドベース３７ａと、耐圧容器本体３１の底部から下方に突出する棒状のコールドロッド３７ｂを有している。固体熱伝導部３７は、ライナー３５と同素材であることが好ましい。
コールドロッド３７ｂには図１に示す通り、液化冷却部１３が接続されており、冷熱を伝導可能なっている。
固体熱伝導部３７はロウ付けやメタルＣリングなど、低温下でも異種金属が強固に固着する方法で耐圧容器本体３１に固着させる。こうすることで、熱収縮時にもガス漏洩や材料の割れなどが生じることを抑制できる。

＜低温液化ガス容器＞
低温液化ガス容器７は、図４に示すように、有底の筒状からなり、被検体の低温液化ガスを密封して保持するものである。
低温液化ガス容器７の開口端側にはブロック部５３が設けられており、ブロック部５３にはガス容器１７からガスを供給するためのガス導入管５５が接続されている。ブロック部５３の側面には、被検体に着火する一対の放電電極５７が挿入されている。
低温液化ガス容器７は、図５に示すように容器保持機構９により保持され、図６に示すように耐圧容器５中心に設置されることが望ましい。
放電電極５７等を用いて被検体に着火すると、低温液化ガス容器７は、被検体の燃焼・爆発により破損する。

＜容器保持機構＞
容器保持機構９は、図５に示すように、固体熱伝導部３７のコールドベース３７ａに接触することで冷却されるベース板６１と、ベース板６１から立設する一対の逆Ｌ字型からなり、先端部６３ａが対向するように配置された保持アーム６３とを有している。
各保持アーム６３は、図５に示す通り、先端部６３ａ同士をボルト６５で連結し、ボルト６５によって先端部６３ａ同士の隙間を調整できるようになっている。このため、先端部６３ａの間にブロック部５３を配置してボルト６５を締めれば、ブロック部５３を挟持して保持することができる。（図６参照）。
低温液化ガス容器７は、図６に示すように、容器保持機構９が耐圧容器本体３１内のコールドベース３７ａ上に設置されることによって、低温液化ガス容器７が耐圧容器本体３１内に配置される。低温液化ガス容器７は、固体熱伝導部３７のコールドロッド３７ｂからコールドベース３７ａ、ベース板６１、保持アーム６３を介して冷却されるようになっている。

＜圧力解放機構＞
圧力解放機構１１について、図１、図７および図８に基づいて詳細に説明する。図７は、圧力解放機構１１の一部を図示したものであり、下方から見上げた状態を図示したものである。図８は、図７の弁体１９が上方に移動した状態の縦断面を図示したものである。

圧力解放機構１１は、図１、図７および図８に示すように、蓋体３３の開口部３３ａを閉止して耐圧容器５内を真空に保つと共に上方に移動可能に設けられた弁体１９と、有底の筒状からなり蓋体３３の上方を覆って弁体１９が上動可能な空間を形成する飛散防止部材４１（図１参照）、飛散防止部材４１に設置されて弁体１９が上動したときに弁体１９に衝突して変形する緩衝材（緩衝材(高)２１と緩衝材(低)２３）と、弁体１９の移動をガイドする弁体ガイド４３とを備えている。

≪弁体≫
弁体１９は、図１に示すように、筒部１９ａと、筒部１９ａの上端に設けられて筒部１９ａの外方に張り出す円板部１９ｂを有している。筒部１９ａの径は耐圧容器５の蓋体３３の開口部３３ａに挿入可能な径に設定されている。
弁体１９はアルミニウムなど比較的軽量な金属で形成されることが望ましい。
上述したとおり、蓋体３３には溝部３３ｂが設けられており、Ｏ−リングシールなどを設置することで、弁体１９の自重により弁体１９と蓋体３３との間を密閉して耐圧容器５内の真空を保つようになっている。
なお、弁体１９上部と飛散防止部材４１との間にコイルバネ４５を設置して、弁体１９を蓋体３３側へより押圧するようにしてもよい。コイルバネ４５の配置としては、例えば図９に示すように、圧力解放機構円板部１９ｂ中央と飛散防止部材４１の間であって、コイルバネ４５の外側に緩衝材(高)２１が配置され、コイルバネ４５の内側に緩衝材(低)２３が配置されるようにすればよい。

≪緩衝材(高)と緩衝材(低)≫
緩衝材(高)２１と緩衝材(低)２３は、飛散防止部材４１における弁体１９に対向する面に複数設置され、燃焼・爆発時に弁体１９が飛散防止部材４１に衝突するエネルギーを、自らが圧縮変形することで吸収して弁体１９の破損を防止する。そのため、アルミニウムや鉛、銅またはこれらの合金など比較的柔らかい材料が適しており、また形状としては円錐形、角錐形等の先細の形状のものが好ましい。

緩衝材(高)２１は緩衝材(低)２３よりも高さが高く設定されており、緩衝材(高)２１は外周部に、緩衝材(低)２３は内方に配置されている。このように配置する理由について以下に説明する。
圧力解放機構１１の弁体１９は、燃焼・爆発時の爆風及び衝撃波を受けて上方に移動するが、常に閉止時の姿勢（水平姿勢）を維持したまま上昇するわけではなく、図１０（ａ）に示すように傾くことがほとんどである。この場合、弁体１９の円板部１９ｂはまず、外周部に配置されている緩衝材(高)２１に衝突する。衝突により圧縮強度の弱い緩衝材頂部が徐々に圧縮破壊されるが、変形するにつれて強度が増すので、図１０（ｂ）に示すように、弁体１９が水平になるように姿勢が修正される。仮に、緩衝材の高さが均等な場合、図１０（ａ）に示すように、円板部１９ｂが外周部にある緩衝材に衝突した後すぐにその内側にある緩衝材に衝突することになるため、弁体１９の姿勢矯正効果が小さくなる。つまり、内方に配置する緩衝材の高さを低く設定したのは、弁体１９の姿勢矯正を緩衝材が邪魔しないようにするためである。

但し、弁体１９の衝突エネルギーは非常に大きいので、できるだけ多くの緩衝材によって、弁体１９を受け止めることが望ましい。
そのため、飛散防止部材４１の内方に緩衝材(低)２３を配置して弁体１９の衝突により破壊が進むにつれ圧縮に抗する力を増すようになっている。
つまり、緩衝材(高)２１は、衝突エネルギーを吸収する役割の他に、弁体１９の姿勢を修正する役割も有しており、緩衝材(低)２３は弁体１９の衝突を受け止めて衝突エネルギーを吸収する役割を有している。

なお、外周部と内方とで圧縮強度が異なる材質の緩衝材を設置するようにしてもよい。この場合、外周に設置されるものが、中心側に設置されるものよりも圧縮強度が低い材料を用いる。
なお、上記の説明では、緩衝材(高)２１及び緩衝材(低)２３を飛散防止部材４１に設けた例を説明したが、緩衝材(高)２１及び緩衝材(低)２３は弁体１９と飛散防止部材４１の間にあればよく、例えば弁体１９の円板部１９ｂの上面に立設するようにしてもよい。

≪弁体ガイド≫
弁体ガイド４３は、飛散防止部材４１の弁体１９側の面に設けられる筒状からなり、内側に弁体１９の円板部１９ｂが挿入可能になっている。
弁体ガイド４３は、弁体１９が上昇する際のガイドとして機能すると共に、破壊した緩衝材の飛散を防止する。

以上のように構成された本実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置１を用いて燃焼・爆発試験する方法の一例を、圧力解放機構１１の動作と共に説明する。
まず、外容器３と耐圧容器５との間の真空断熱層を真空にするとともに、低温液化ガス容器７外表面の温度を低温にする。この状態で、ガス（例えばメタンガスや酸素等）を定量導入し、低温液化ガス容器７内の温度及び圧力が平衡になるまで保持する。

次に、放電電極５７に電流を印加して被検体を爆発させる。すると、燃焼ガス及び衝撃波により弁体１９は瞬時に上方に移動して飛散防止部材４１の緩衝材(高)２１及び緩衝材(低)２３に衝突して、エネルギーが吸収される。このとき仮に弁体１９が傾いて上昇しても（図１０（ａ）参照中の太矢印）、緩衝材(高)２１に衝突することで次第に垂直に上昇する方向に軌道修正されて（図１０（ｂ）参照中の太矢印）、より多くの緩衝材(高)２１および緩衝材(低)２３に衝突可能になる。そのため、弁体１９の衝突を均等にしっかり受け止めて効果的にエネルギー吸収され、弁体１９や耐圧容器５の破損が防止される。

以上のように、本実施の形態においては、圧力解放機構１１を設け、低温液化ガス容器７内の低温液化ガスを燃焼・爆発させた際に弁体１９が上動して緩衝材２１、２３に変形を与えることによって燃焼・爆発によるエネルギーを吸収するようにしたので、爆発によって発生する圧力及び衝撃による装置の破損を防止するとともに、耐圧容器及び付帯設備への延焼を防止することができる。これによって、小規模で密閉系での低温液化ガス及び低温液化ガス共存下における着火・燃焼・爆発試験を可能とし、繰り返しの試験を可能としている。

耐圧容器５の強度を低温液化ガスを燃焼・爆発させた際の圧力や衝撃波に十分に耐え得るものにするとすれば、容器の肉厚が厚くなり、熱容量が大きくなるため耐圧容器５を低温に維持するための冷凍機の能力が大きくなるが、本発明においては、圧力開放機構１１を設けているので、これがない場合に比較すると、容器の肉厚を薄くすることが可能になっている。これによって、冷凍機として小型のものを使用でき、この点でも小規模なものにすることができる。

本発明の燃焼・爆発試験装置１による燃焼・爆発試験における圧力解放機構１１の効果について、具体的な実施例に基づいて説明する。
本実施例においては、耐圧容器５は、その内容積を約5リットルとし、容器内で約3gのCH₄+O₂混合溶液が爆発することを想定し、そのときの爆発時最大圧を2.5MPaGと推定し容器耐圧を作成した。
低温液化ガス容器７は爆発時に容易に破損するよう容器壁をできるだけ薄肉とし、かつ伝熱抵抗をできる限り少なくするため、銅製とした。更に耐圧容器５底部の伝熱プレートに容器保持機構９を設け、低温液化ガス容器７が耐圧容器５の中心にできる限り近くに設置できる構造とした。
また、外容器３と耐圧容器５の間に真空断熱層を設けるとともに、耐圧容器５内部も真空状態を保った。

また、飛散防止部材４１にアルミニウム製で円錐状の円錐高さ18mmの緩衝材(高)２１を27個、同円錐高さ8mmの緩衝材(低)２３を11個用意し、これらを接着剤で簡易的に取り付けた。
弁体１９はアルミニウム製とし、Ｏ−リングにより自重及び真空である耐圧容器５によりシールした。
耐圧容器５のライナー３５は厚さ2mmの純銅製とし、開口率20%、口径2mmのパンチングとし、耐圧容器５内壁との隙間を1〜2mmとなるよう耐圧容器５内のコールドベース３７ａ上にガイドをつけて設置した。

各部品を組み上げたうえで、外容器３と耐圧容器５との間の真空断熱層を１×10^-３Pa以下の真空状態にし、低温液化ガス容器７外表面の温度が85K以下になるように制御した。この状態で、真空である低温液化ガス容器７内に酸素ガスを定量導入し、低温液化ガス容器７内の温度及び圧力が平衡になるまで保持した。更にメタンガスを導入し、酸素導入と同様十分に平衡になる状態まで保持した。
このときメタンと酸素の導入量はCH₄:O₂=0.03mol:0.07molであった。十分平衡になったときの液化容器内の圧力は90kPa(abs)であった。

この状態で、液化容器に装着した放電電極５７に電流を印加したところ、低温液化ガス容器７内で爆発がおこり、低温液化ガス容器７が破損した。このときの放電エネルギーは最大で3mJであった。
その結果、低温液化ガス容器７、緩衝材(高)２１、緩衝材(低)２３、ライナー３５、保持アーム６３の一部に損傷を観測したが、耐圧容器５などにはダメージは観測されず、破損品を交換することで繰り返し試験に供されるに十分な強度を維持していることが確認された。
上記のことにより、燃焼・爆発試験装置１を用いれば、可燃性の低温液化ガスを含む系での燃焼・爆発試験に関し、精度良く繰り返し実施できることが確認された。

１燃焼・爆発試験装置
３外容器
３ａ底部
３ｂ側壁部
３ｃ天板部
３ｄ開口部
５耐圧容器
７低温液化ガス容器
９容器保持機構
１１圧力解放機構
１３液化冷却部
１５中間冷却部
１６冷凍機
１７ガス容器
１９弁体
１９ａ筒部
１９ｂ円板部
２１緩衝材(高)
２３緩衝材(低)
３１耐圧容器本体
３１ａフランジ部
３３蓋体
３３ａ開口部
３３ｂ溝部
３５ライナー
３７固体熱伝導部
３７ａコールドベース
３７ｂコールドロッド
４１飛散防止部材
４３弁体ガイド
４５コイルバネ
５３ブロック部
５５ガス導入管
５７放電電極
６１ベース板
６３保持アーム
６３ａ先端部
６５ボルト

Claims

低温液化ガスの燃焼・爆発試験を実施するための装置であって、
外部から冷却されると共に内部が真空引きされる耐圧容器と、該耐圧容器の内部に配置され、被検体である低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器と、該低温液化ガス容器を前記耐圧容器内に保持する容器保持機構と、前記耐圧容器の上部に設けられて前記低温液化ガスを燃焼・爆発させた際に発生する燃焼ガスを系外に排出するための圧力解放機構とを有し、前記圧力解放機構は、前記耐圧容器上部に設けられた開口を閉止すると共に上方に移動可能に設けられた弁体と、該弁体が前記低温液化ガスの燃焼・爆発によって上動したときに変形して弁体の移動エネルギーを吸収する緩衝材とを備えてなることを特徴とする燃焼・爆発試験装置。
前記耐圧容器の内部に銅もしくは銅合金からなるライナーを、前記耐圧容器上部及び内壁面に接触しないように設けたことを特徴とする請求項１記載の燃焼・爆発試験装置。
前記緩衝材は、複数の部材からなり、該部材は前記弁体の外周部に対応する位置に配置されたものの高さが高く、内方に配置されたものの高さが低くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼・爆発試験装置。
前記緩衝材は、アルミニウム、鉛、銅またはこれらの合金からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃焼・爆発試験装置。